(57)【要約】【課題】磁気共鳴画像診断装置用の磁石装置において、傾斜磁場コイルの振動を低減し、磁気共鳴画像の高画質化を目的とする。【解決手段】磁石装置は、均一静磁場を発生する一対の超電導コイル群及び一対の超電導コイル群をそれぞれ収容する一対の真空容器並びに一対の真空容器を連結する真空容器連結部材を有する超電導電磁石と、均一静磁場領域に傾斜を持った傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場コイルとを備える。一対の傾斜磁場コイルを傾斜磁場コイル連結部材で連結し、傾斜磁場コイル連結部材と超電導電磁石の一方の真空容器とを支持部材で接続するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均一静磁場を発生する一対の超電導コイル群及び前記一対の超電導コイル群をそれぞれ収容する一対の真空容器並びに前記一対の真空容器を連結する真空容器連結部材を有する超電導電磁石と、均一静磁場領域に傾斜を持った傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場コイルと、前記一対の傾斜磁場コイルを連結する傾斜磁場コイル連結部材と、前記傾斜磁場コイル連結部材と前記超電導電磁石の一方の真空容器とを接続する支持部材とを備える磁石装置。
【請求項２】
前記傾斜磁場コイル連結部材は、前記一対の傾斜磁場コイルに接触する接触領域と前記一対の傾斜磁場コイルの外径より外側に突出する非接触領域とからなる一対の梁状部と、前記一対の梁状部の非接触領域同士を接続する柱状部とを備える請求項１記載の磁石装置。
【請求項３】
前記一対の真空容器は互いに対向する円環状であり、前記支持部材は、前記一方の真空容器の対向面の外縁部に接続されている請求項１または２記載の磁石装置。
【請求項４】
前記支持部材は、前記傾斜磁場コイル連結部材の中央部分に接続されている請求項１〜３のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項５】
前記支持部材と前記一方の真空容器との間または前記支持部材と前記傾斜磁場コイル連結部材との間に介在する緩衝材を備える請求項１〜４のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項６】
均一静磁場を発生する一対の超電導コイル群及び前記一対の超電導コイル群をそれぞれ収容する一対の真空容器並びに前記一対の真空容器を連結する真空容器連結部材を有する超電導電磁石と、均一静磁場領域に傾斜を持った傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場コイルと、前記一対の傾斜磁場コイルを連結する傾斜磁場コイル連結部材と、前記傾斜磁場コイル連結部材と前記超電導電磁石の前記真空容器連結部材とを接続する支持部材とを備える磁石装置。
【請求項７】
前記支持部材と前記真空容器連結部材との間または前記支持部材と前記傾斜磁場コイル連結部材との間に介在する緩衝材を備える請求項６記載の磁石装置。
【請求項８】
前記一対の傾斜磁場コイルは、それぞれの外周に取り付けられたステンレス鋼リングを備える請求項１〜７のいずれかに記載の磁石装置。
【請求項９】
被検者に与える均一静磁場を発生する超電導電磁石及び均一静磁場領域に傾斜を持った傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを備える磁石装置と、前記傾斜磁場コイルに接続された傾斜磁場電源と、高周波磁場を前記被検者に対して送信し前記被検者からの核磁気共鳴信号を受信する高周波コイル及び高周波磁場発生機と、前記核磁気共鳴信号から画像処理を行うことができる計算機と、前記計算機で画像処理された画像信号を断層画像として表示する表示装置とを備える磁気共鳴画像診断装置において、
前記磁石装置は、請求項１〜８のいずれかに記載された磁石装置である磁気共鳴画像診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ装置）の技術分野に属するものであり、均一静磁場を発生する超電導電磁石及び傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを有する磁石装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置は、物質のもつ原子核の磁気共鳴現象を応用した画像診断装置であって、超電導電磁石などが発生する均一静磁場領域に載置された被検者の体内の成分または構造を画像化するものである。
【０００３】
ＭＲＩ装置は、均一静磁場領域を発生する超電導電磁石と、均一静磁場領域にＸ、Ｙ及びＺの３方向（均一静磁場方向をＺ方向とする）に傾斜を持った傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場コイル及び傾斜磁場電源と、均一静磁場領域に載置された被検者に高周波電波を照射して被検者からの核磁気共鳴信号を受信する高周波コイル及び高周波磁場発生機と、高周波コイルによって受信した核磁気共鳴信号をデジタル化し、画像処理を行う計算機とを備えている。
【０００４】
第一の従来のＭＲＩ装置（例えば、特許文献１参照）では、超電導コイルを収容する真空容器が円環状であって、傾斜磁場コイルは真空容器の中央空隙に配置されて傾斜磁場コイル支持体を介して鉄ヨークに固定されている。
【０００５】
また、第二の従来のＭＲＩ装置（例えば、特許文献２参照）では、超電導コイルを収容する真空容器が円環状であって、傾斜磁場コイルは真空容器の中央空隙に配置されて円筒状の傾斜磁場コイル支持体を介して平板状の傾斜磁場コイル支持体に固定されている。平板状の傾斜磁場コイル支持体は、固定柱に連結されることで、真空容器に接触しないようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１７７０５号公報（図２）
【特許文献２】特開２００２−５２００４号公報（図１、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
傾斜磁場コイルには、傾斜磁場を発生する際に、数百アンペアに及ぶパルス電流が流される。このとき、上下の傾斜磁場コイルの間には、数百ｋｇｆ〜１０００ｋｇｆに近い電磁力が上下左右方向に加わる。そのため、傾斜磁場コイルは、激しく振動する。
【０００８】
従来の技術では、上下の傾斜磁場コイルが別々の支持体に支持されているため、上下の傾斜磁場コイルの振動形態が大きく異なると、振動の対称性を確保できないことがあった。この場合、傾斜磁場コイルの振動が超電導コイルに伝わり、均一静磁場の磁場強度が数ｐｐｍ変動するために、高速連続撮影の際に磁気共鳴画像の画質が低下するという問題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、傾斜磁場コイルの振動を低減し、磁気共鳴画像の高画質化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明における磁石装置は、均一静磁場を発生する一対の超電導コイル群及び前記一対の超電導コイル群をそれぞれ収容する一対の真空容器並びに前記一対の真空容器を連結する真空容器連結部材を有する超電導電磁石と、均一静磁場領域に傾斜を持った傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場コイルと、前記一対の傾斜磁場コイルを連結する傾斜磁場コイル連結部材と、前記傾斜磁場コイル連結部材と前記超電導電磁石の一方の真空容器とを接続する支持部材とを備えるものである。
【００１１】
また、この発明における磁石装置は、均一静磁場を発生する一対の超電導コイル群及び前記一対の超電導コイル群をそれぞれ収容する一対の真空容器並びに前記一対の真空容器を連結する真空容器連結部材を有する超電導電磁石と、均一静磁場領域に傾斜を持った傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場コイルと、前記一対の傾斜磁場コイルを連結する傾斜磁場コイル連結部材と、前記傾斜磁場コイル連結部材と前記超電導電磁石の前記真空容器連結部材とを接続する支持部材とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、一対の傾斜磁場コイルを連結して一体化したので、傾斜磁場コイル間で働く電磁力が打ち消される。そのため、傾斜磁場コイルの振動が低減されるので、超電導コイルに伝わる振動も小さくなる。その結果として、超電導コイルが発生する均一静磁場の磁場強度変動を抑制し、磁気共鳴画像の高画質化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用されるＭＲＩ装置における実施の形態１を説明するための概略構成図である。図１に示すようにＭＲＩ装置は、被検者を寝載する寝台１１０と、被検者に与える均一静磁場を発生する超電導電磁石１００と、均一静磁場領域に傾斜を持った傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイル８ａ、８ｂ及び傾斜磁場電源１２０と、高周波磁場を被検者に対して送信し被検者からの核磁気共鳴信号を受信する高周波コイル１３０ａ、１３０ｂ及び高周波磁場発生機１４０と、核磁気共鳴信号から画像処理を行うことができる計算機１５０と、計算機１５０で画像処理された画像信号を断層画像として表示する表示装置１６０とを備える。
【００１４】
図２は、この実施の形態における磁石装置の部分断面図である。図示左側が断面である。磁石装置は、超電導電磁石１００と一対の傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂを有する。ここでは、磁石装置は、アンカー１３によって基礎土台１０に固定されている。
【００１５】
まず、超電導電磁石１００について説明する。図示上側に配置された複数の超電導コイル１ａからなる超電導コイル群と、図示下側に配置された複数の超電導コイル１ｂからなる超電導コイル群とが一対となって、０．７〜１テスラ程度の均一静磁場を発生する。とくに、均一静磁場領域２においては、静磁場均一度として数ｐｐｍ程度が求められる。ＭＲＩ装置による撮影は、被検者の撮影したい部位をこの均一静磁場領域２に配置して行われる。
【００１６】
上側の超電導コイル群は上側のヘリウム容器３ａに収容され、下側の超電導コイル群は下側のヘリウム容器３ｂに収容されている。ヘリウム容器３ａ及び３ｂに貯蔵された冷媒としての液体ヘリウムは、それぞれの超電導コイル１ａ及び１ｂを超電導状態となる極低温度の４．２Ｋに冷却している。
【００１７】
さらに真空断熱のために、上側のヘリウム容器３ａは上側の真空容器４ａに収容され、下側のヘリウム容器３ｂは下側の真空容器４ｂに収容されている。真空容器４ａ及び４ｂは、互いに対向する円環状である。上側の熱シールド５ａは、ヘリウム容器３ａと真空容器４ａの間に配置され、真空容器４ａからヘリウム容器３ａへの輻射熱を遮蔽している。同様に、下側の熱シールド５ｂは、ヘリウム容器３ｂと真空容器４ｂの間に配置され、真空容器４ｂからヘリウム容器３ｂへの輻射熱を遮蔽している。熱シールド５ａ及び５ｂは、熱伝導率の良いアルミニウム等の材料で構成される。また、図示してないが、真空容器４ａと熱シールド５ａの間、真空容器４ｂと熱シールド５ｂの間には、アルミニウム蒸着フィルムとネットを交互に２０〜４０層程度積層した多層断熱材が配置されている。これによって、真空容器４ａ及び４ｂから極低温度のヘリウム容器３ａ及び３ｂにそれぞれ入る熱量を低減できる。
【００１８】
一対のヘリウム容器３ａ及び３ｂは、ヘリウム容器連結部材６ａで連結されている。ヘリウム容器連結部材６ａは、ヘリウム容器３ａ及び３ｂの間に働く電磁力を支持するとともに、その内部に上下の超電導コイル群間を接続する超電導線(図示していない)を配線している。一対の熱シールド５ａ及び５ｂは、熱シールド連結部材６ｂで連結されている。熱シールド連結部材６ｂは、上下の熱シールド５ａ及び５ｂを連結することで、熱シールド５ｂに入った熱を熱シールド５ａに伝える。一対の真空容器４ａ及び４ｂは、真空容器連結部材６ｃで連結されている。真空容器連結部材６ｃは、その内部が真空になっていてヘリウム容器３ａ及び３ｂを真空断熱するとともに、真空容器４ａの重量や真空容器４ａ及び４ｂの間に働く電磁力を支持している。なお、ヘリウム容器連結部材６ａ、熱シールド連結部材６ｂ及び真空容器連結部材６ｃは、図示左右合わせて２本の場合を例示しているが、その本数並びに配置位置は適宜選択できる。
【００１９】
熱シールド５ａ及び５ｂ、ヘリウム容器３ａ及び３ｂは、冷凍機７と図示していない圧縮機との組み合わせで冷却される。なお、熱シールド５ａ及び５ｂが一重の場合を示したが、これに限定するものではない。通常は、熱シールド５ａ及び５ｂを二重に配置し、シールド冷凍機７により真空容器側の熱シールドを約７０Ｋに、ヘリウム容器側の熱シールドを約２０Ｋに冷却することで、液体ヘリウム消費量を０．１リットル／時間程度以下に低減している。さらに、ヘリウム容器３ａ及び３ｂも４．２Ｋ以下に冷却できる冷凍機７を搭載することで、液体ヘリウム消費量をほぼ０リットル／時間とすることもできる。
【００２０】
次に、一対の傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂについて説明する。傾斜磁場コイル８ａは真空容器４ａの対向面の凹部に、傾斜磁場コイル８ｂは真空容器４ｂの対向面の凹部に、均一静磁場領域２を挟んで配置されている。傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂは、均一静磁場領域２に対してＸ、Ｙ及びＺの３方向の傾斜を持った傾斜磁場を発生する。
【００２１】
傾斜磁場コイル連結部材９ａは、例えば長さ５００ｍｍ程度のステンレス鋼等のように高強度で非磁性な材料からなり、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂを機械的に一体となるように連結するものである。さらに、支持部材１１ａは、傾斜磁場コイル連結部材９ａと超電導電磁石１００の下側の真空容器４ｂとを接続するものである。これによって、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂは、傾斜磁場コイル連結部材９ａと支持部材１１ａとを介して、真空容器４ｂに固定される。なお、傾斜磁場コイル連結部材９ａ及び支持部材１１ａは、図示左右合わせて２個の場合を例示しているが、その個数並びに配置位置は適宜選択できる。
【００２２】
次に動作について説明する。傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂが、均一静磁場領域２に対してＸ、Ｙ及びＺの３方向にパルス状の２０ミリテスラ／ｍ程度の傾斜を持った傾斜磁場を発生する。例えば、均一静磁場方向であるＺ方向の傾斜磁場の場合、傾斜磁場コイル形状がＺ方向に対して垂直な面を有する円板状となるので、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの間には互いに反発力または吸引力が発生する。その電磁力は、数百ｋｇｆから１０００ｋｇｆになるため、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂは激しく振動する。
【００２３】
この実施の形態では、振動する傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂを、左右一対の傾斜磁場コイル連結部材９ａで連結して一体化したので、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの間で働く反対方向の電磁力が打ち消される。そのため、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動が低減するので、超電導コイル１ａ及び１ｂに伝わる振動も小さくなる。その結果として、超電導コイル１ａ及び１ｂが発生する均一静磁場の磁場強度変動を抑制し、磁気共鳴画像の高画質化が図られる。
【００２４】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２を説明するための磁石装置の部分断面図である。この実施の形態は、実施の形態１における傾斜磁場コイル連結部材の構成を変更したものである。変更部分について説明する。
【００２５】
傾斜磁場コイル連結部材９ｂは、一対の梁状部１２ａ及び１２ｂと柱状部１２ｃとからなる。上側の梁状部１２ａは、傾斜磁場コイル８ａの外径より内側に接触する接触領域と、傾斜磁場コイル８ａの外径より外側に突出する非接触領域とからなる。同様に、下側の梁状部１２ｂは、傾斜磁場コイル８ｂの外径より内側に接触する接触領域と、傾斜磁場コイル８ｂの外径より外側に突出する非接触領域とからなる。柱状部１２ｃは、一対の梁状部１２ａ及び１２ｂの非接触領域同士を接続する。
【００２６】
このような傾斜磁場コイル連結部材９ｂを用いることによって、柱状部１２ｃは傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの外径より外側に配置されることになる。すなわち、柱状部１２ｃを均一静磁場領域２から遠ざけることができるので、被検者が入る空間が図示左右方向に広くなり、開放性が向上する。
【００２７】
さらに、柱状部１２ｃが均一静磁場領域２から遠ざかるのに伴って、傾斜磁場コイル連結部材９ｂと真空容器４ｂとを接続する支持部材１１ｂも均一静磁場領域２から遠ざかることになる。この実施の形態では、支持部材１１ｂを、真空容器４ｂの対向面の外縁部に接続している。この外縁部は、真空容器４ｂの外筒と対向面との接合部近傍であることから、剛性の高い部分である。このように、支持部材１１ｂを剛性の高い真空容器４ｂの対向面の外縁部に固定したことによって、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動を一段と低減できる。その結果として、超電導コイル１ａ及び１ｂが発生する均一静磁場の磁場強度変動を抑制し、磁気共鳴画像の高画質化が図られる。
【００２８】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３を説明するための磁石装置の部分断面図である。この実施の形態は、実施の形態２における支持部材の形状を変更したものである。変更部分について説明する。
【００２９】
支持部材１１ｃは、傾斜磁場コイル連結部材９ｂの柱状部１２ｃの中央部分に接続されるものであって、実施の形態２と比較して縦長形状になっている。ここで、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの間に働く電磁力は、均一静磁場領域２を中心として、上下、前後、左右といったあらゆる方向に対称に発生する。そのため、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂは、均一静磁場領域２を中心として、上下、前後、左右といったあらゆる方向に対称に振動するが、傾斜磁場コイル連結部材９ｂによって一体化されているので、お互いの振動を打ち消し合う。
【００３０】
また、図４において、傾斜磁場コイル連結部材９ｂの柱状部１２ｃの中央部分は、均一静磁場領域２の中心部分と同じ高さにある。すなわち、支持部材１１ｃは、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動の中立点となる傾斜磁場コイル連結部材９ｂの中央部分に接続されている。支持部材１１ｃは、最も振動が小さい振動の中立点に固定されているので、要求される剛性が低くてもすむ。
【００３１】
このように、支持部材１１ｃを傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動の中立点に接続するので、低剛性の支持部材１１ｃであっても、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの間で働く反対方向の電磁力を効果的に打ち消すことができる。したがって、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動を効果的に低減できる。その結果として、超電導コイル１ａ及び１ｂが発生する均一静磁場の磁場強度変動を抑制し、磁気共鳴画像の高画質化が図られる。
【００３２】
また、支持部材１１ｃと真空容器４ｃとの間には、緩衝材１３ａが設けられている。緩衝材１３ａは、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動を吸収するので、真空容器４ｂに伝達する振動を低減できる。この緩衝材１３ａは、支持部材１１ｃと傾斜磁場コイル連結部材９ｂとの間に設けられていても同様の効果が得られる。
【００３３】
実施の形態４．
図５は、実施の形態４を説明するための磁石装置の部分断面図である。この実施の形態は、実施の形態２における支持部材の形状と接続先を変更したものである。変更部分について説明する。
【００３４】
支持部材１１ｄは、傾斜磁場コイル連結部材９ｂと真空容器連結部材６ｃとを接続するものである。この実施の形態では、支持部材１１ｄを、傾斜磁場コイル連結部材９ｂと真空容器連結部材６ｃとの最短距離を接続できる程度に短くできる。ここで、支持部材１１ｄの剛性は長さの３乗に反比例するので、支持部材１１ｄを短くすれば、剛性が高まり振動の低減に有利である。このように、支持部材１１ｄの剛性を高めたことによって、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動を一段と低減できる。その結果として、超電導コイル１ａ及び１ｂが発生する均一静磁場の磁場強度変動を抑制し、磁気共鳴画像の高画質化が図られる。
【００３５】
また、支持部材１１ｄと真空容器連結部材６ｃとの間には、緩衝材１３ｂが設けられている。緩衝材１３ｂは、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動を吸収するので、真空容器連結部材６ｃに伝達する振動を低減できる。この緩衝材１３ｂは、支持部材１１ｄと傾斜磁場コイル連結部材９ｂとの間に設けられていても同様の効果が得られる。
【００３６】
実施の形態５．
図６は、実施の形態５を説明するための磁石装置の部分断面図である。この実施の形態は、傾斜磁場コイルの外周にステンレス鋼リングを取り付けたものである。ここでは、実施の形態３の変更例として説明するが、他の実施の形態にも適用できることはいうまでもない。変更部分について説明する。
【００３７】
上側のステンレス鋼リング１４ａは、上側の傾斜磁場コイル８ａの外周に取り付けられている。同様に、下側のステンレス鋼リング１４ｂは、下側の傾斜磁場コイル８ｂの外周に取り付けられている。ステンレス鋼リング１４ａ及び１４ｂは、非磁性である。
【００３８】
このようなステンレス鋼リングを取り付けることで、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの質量が大きくなると同時に剛性が向上する。これによって、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂは、両者の間に働く電磁力が同じであれば、振動しにくくなる。したがって、傾斜磁場コイル８ａ及び８ｂの振動を一段と低減できる。その結果として、超電導コイル１ａ及び１ｂが発生する均一静磁場の磁場強度変動を抑制し、磁気共鳴画像の高画質化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態１を説明するためのＭＲＩ装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１を説明するための磁石装置の部分断面図である。
【図３】実施の形態２を説明するための磁石装置の部分断面図である。
【図４】実施の形態３を説明するための磁石装置の部分断面図である。
【図５】実施の形態４を説明するための磁石装置の部分断面図である。
【図６】実施の形態５を説明するための磁石装置の部分断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ、１ｂ  超電導コイル、４ａ、４ｂ  真空容器、６ｃ  真空容器連結部材、８ａ、８ｂ  傾斜磁場コイル、９ａ、９ｂ  傾斜磁場コイル連結部材、１１ａ〜１１ｄ  支持部材、１２ａ、１２ｂ  梁状部、１２ｃ  柱状部、１３ａ、１３ｂ  緩衝材、１４ａ、１４ｂ  ステンレス鋼リング、１００  超電導電磁石、１２０  傾斜磁場電源、１３０ａ、１３０ｂ  高周波コイル、１４０  高周波磁場発生機、１５０  計算機、１６０  表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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